zobacz prezentację na temat inżynierii genetycznej

Wybrane zastosowania
metod inżynierii
genetycznej
Inżynieria genetyczna to inaczej ingerencja w materiał
genetyczny organizmów, w celu zmiany ich właściwości
dziedzicznych. Polega ona na wprowadzaniu do komórek
organizmu, którego cechy chcemy zmienić (biorcy), określonego
odcinka DNA innego organizmu (dawcy). Odpowiednie
fragmenty DNA wycina się z komórek dawcy za pomocą
enzymów restrykcyjnych. Następnie tak wydzielone fragmenty
DNA wprowadza się do komórek biorcy za pomocą specjalnych
przenośników (wektorów). W tej roli wykorzystywane są wirusy
lub plazmidy. Wprowadzone do komórki biorcy wraz z
przyłączonym fragmentem DNA dawcy umożliwiają namnażanie
się w niej genów zawartych w tym DNA. Inżynieria genetyczna
ma szerokie zastosowanie w takich dziedzinach jak:
-Medycyna
-Rolnictwo i hodowla
-Kryminalistyka
-Klonowanie
Inżynieria
genetyczna
w medycynie
Diagnostyka medyczna
Główne założenia
* należy sklonować odcinki DNA
zawierające badane geny (np. metodą
PCR)
* ustalić ich sekwencję lub porównać
ich sekwencję z genami znanymi
Przykłady zastosowania
* wykrywanie i klasyfikowanie mutacji
odpowiedzialnych za choroby
* wykrywanie groźnych alleli recesywnych
u przyszłych rodziców
Ogólna charakterystyka
Diagnostyka genetyczna jest prężnie rozwijającą
się dziedziną wiedzy, wykorzystującą najnowsze
osiągnięcia technologiczne i doniesienia naukowe,
dzięki którym możliwe jest przeprowadzenie badań
i uzyskanie istotnych informacji medycznych
wyprzedzających kliniczne pojawienie się schorzenia. Mając do dyspozycji narzędzie w postaci
testów genetycznych można z dużym prawdopodobieństwem określić ryzyko zachorowania,
uzupełnić i potwierdzić obecność dziedzicznego obciążenia genetycznego, a przede
wszystkim uświadomić pacjenta, jego rodzinę
oraz
lekarza
o
korzyściach
podjęcia
świadomych działań prewencyjnych czy
wcześniejszego wkroczenia z celowaną terapią.
Zalety
-wczesne wykrywanie
genetycznych
chorób
-określenie ryzyka zachorowania
na chorobę genetyczną
Terapia genowa
Główne założenia
Jeśli choroba wynika z uszkodzenia
genu:
* można próbować go zablokować
* można wprowadzić prawidłową
kopię genu
Przykłady zastosowania
•eksperymentalne metody
leczenia chorób dziedzicznych
i nowotworów
•terapia ex vivo
•Terapia in vivo
Zastosowanie terapii genowej
Ogólna charakterystyka
To nowoczesne, indywidualne podejście
do leczenia pacjentów z chorobami
powodowanymi przez wadliwe działanie
niektórych
genów.
Za
pomocą
specjalnych
cząsteczek,
np.
tzw.
wektorów wirusowych można im podać
prawidłową
wersję
danego
genu.
Wprowadzając nowe geny do serca
można też pobudzić wzrost nowych
naczyń krwionośnych, zamiast po zawale
serca dokonywać chirurgicznej operacji
wszczepienia bypassów.
Zalety
- możliwość wymiany genu
- możliwość „wyleczenia” choroby
genetycznej, tzn. spowodowanej
uszkodzeniem
genu,
poprze
wymienienie go, lub zablokowanie
- możliwość uniknięcia niektórych
operacji
Terapia genowa przywraca wzrok niewidomym
Zagrożenia
- Wprowadzając nowy gen w niewłaściwe
miejsce można uszkodzić prawidłowo
działający gen, a nawet doprowadzić do
wywołania nowotworu.
- Poza tym podawane obce wektory
wirusowe
mogą
powodować
silną
odpowiedź obronną organizmu (co z kolei
może prowadzić nawet do śmierci)
Wytwarzanie białek i hormonów
Przykłady zastosowania
* synteza insuliny ludzkiej i ludzkiego
hormonu wzrostu (somatotropiny)
przez bakterie Escherichia coli
* produkcja antygenów wirusów
zapalenia wątroby A i B przez
drożdże
*produkcja czynnika VIII krzepliwości krwi w hodowli komórek
chomika
Do tej pory hormon wzrostu uzyskiwany był
w niewielkich ilościach z ludzkiego mózgu (osoby
martwej), podobnie jak insulina, była pochodzenia
zwierzęcego. Obecnie dzięki metodom inżynierii
genetycznej i biotechnologii, otrzymywanie tych
hormonów in vitro nie stanowi już najmniejszego
problemu. Wyeliminowało to także wiele wtórnych
zakażeń, jak w przypadku insuliny, somatotropiny, czy
czynnika VIII lub XI krzepliwości krwi. Oprócz
otrzymywania
białek
w
całkowicie
sterylnych
warunkach, które zapewniają bezpieczeństwo ich
stosowania, można je otrzymywać na skale przemysłową,
w nieograniczonych ilościach.
Zalety
-zminimalizowanie ryzyka występowania
zakażonego preparatu różnymi wirusami w tym również wirusem HIV
-Nie występują reakcje alergiczne jak
to
było
w
przypadku
insuliny
pochodzenia zwierzęcego
-Możliwość
wytwarzania
hormonów
w nieograniczonych ilościach
Inżynieria
genetyczna
w rolnictwie
i hodowli
Organizmy transgeniczne
Główne założenia
Gen warunkujący określoną
cechę należy:
*zidentyfikować
* zmodyfikować (np. przez
zastąpienie genem innego
organizmu)
Przykłady zastosowania
* karpie ze zmodyfikowanym genem
hormonu wzrostu
* pomidory o zablokowanym genie
powodującym dojrzewanie
Ogólna charakterystyka
Organizmy transgeniczne są to organizmy,
których materiał genetyczny został
wzbogacony o obce geny przeniesione z
innego gatunku, wprowadzone do
komórek przy pomocy metod inżynierii
genetycznej. Organizmy takie mają
ogromne praktyczne oraz poznawcze
znaczenie. (np. wyposażenie roślin w
cechy nadające im wyższą odporność lub
umożliwiające im życie w niesprzyjającym
środowisku,
czy
badania
nad
funkcjonowaniem genów). Metoda ta, w
chwili obecnej główne zastosowanie
znajduje
wśród
roślin,
aczkolwiek
wykorzystywana jest również wśród
zwierząt, np. bakterie E. Colli produkujące
insulinę, czy hormon wzrostu.
Zalety
- rośliny odporne na choroby i ataki owadów
- produkcja enzymów i hormonów ludzkich
- efektywniejsze chów i hodowla zwierząt
oraz uprawa roślin (wyższe osiągane masy
ciała przez zwierzęta i wyższe plony wśród
roślin)
Zagrożenia
- osiągnięcia w hodowli transgenicznych
zwierząt umożliwiają klonowanie nawet
całego organizmu, co może być
niebezpieczne dla człowieka.
Inżynieria
genetyczna
w kryminalistyce
Profilowanie genetyczne
"analiza DNA", "daktyloskopia genetyczna", "genetyczny odcisk palca"
Pobieranie próbek DNA z mumii członków
rodziny Tutenchamona
Główne założenia
* sekwencje DNA są niepowtarzalne
* sekwencje DNA są dziedziczone
* może wystarczyć porównanie
rozmieszczenia w chromosomie
długich powtarzalnych fragmentów
niekodujących
Zastosowanie
*Identyfikacja przestępców
* ustalenie ojcostwa
* badanie pokrewieństwa
ewolucyjnego organizmów
żywych
*identyfikacji zwłok i szczątków ludzkich
Pobieranie wymazu z jamy ustnej do analizy
DNA
Ogólna charakterystyka
Próbka materiału genetycznego pobierana
jest z miejsca zbrodni (w kryminalistyce)
mogą to być np.: włosy, krew, wymaz z jamy
ustnej, sperma. Materiał pobierany jest
wraz z podłożem np.: skrawek tkaniny z
krwią, szklanka, z której pił przestępca, czy
też niedopałek papierosa.
Zalety
-metoda pomocna w ustalaniu
sprawców przestępstw
-metoda ta umożliwia bardzo
dokładne rozpoznanie DNA,
co jest pomocne w ustalaniu
ojcostwa tudzież macierzyń-stwa
-pomaga
w
identyfikacji
zwłok i szczątków ludzkich
-pomaga w odnajdywaniu
dzieci
zaginionych
i/lub
podmienionych w szpitalu
Gen kodujący białko trudne do otrzymania
(enzym, hormon) należy:
* wyizolować
* wstawić do genomu łatwego w hodowli
organizmu
* wywołać ekspresję tego genu
* zapewnić odpowiednie przemiany potranslacyjnej uzyskanego białka
Klonowanie
Klonowanie to proces tworzenia
organizmów mających taką samą
informację genetyczną jak dawca.
Szczególnym przypadkiem jest
twinning, czyli powstawanie lub
otrzymywanie bliźniąt monozygotycznych, gdzie nie można
wyróżnić dawcy.
Metody klonowania ssaków opracowanych
jest kilka metod klonowania ssaków. Do
klonowania zarodków – czyli jeszcze nie
zróżni-cowanych komórek - stosuje się
metody:
- izolacji blastomerów,
- reagregacja blastomerów,
- dzielenie zarodków,
- transplantacja jąder komórkowych.
Pierwszym sklonowanym
ssakiem była owca Dolly
Owca Dolly (5 lipca 1996 – 14 lutego 2003)
– owca domowa, pierwsze zwierzę
sklonowane z komórek somatycznych
dorosłego osobnika metodą transferu jąder
komórkowych. Dolly została sklonowana
przez naukowców z Instytutu Roslin we wsi
Roslin pod Edynburgiem w Szkocji – Iana
Wilmuta i Keitha Campbella wraz z
zespołem. Urodzona 5 lipca 1996 roku
Dolly przeżyła sześć lat.
Zalety
Główną zaletą klonowania jest wykorzystanie
tej że dziedziny do klonowania komórek
macierzystych co może być pomocne przy
zwalczaniu
nowotworów.
Inną
zaletą
klonowania jest możliwość odtworzenia
wymarłych gatunków zwierząt(co również
może być zagrożeniem) i roślin, a także
ochronienia przed wymarciem gatunków
zagrożonych
Zagrożenia
Głównym zagrożeniem niesionym przez
klonowaniem, jest wykorzystanie tego
osiągnięcia nauki w celach wojskowych
np. do stworzenia żołnierza idealnego
Zagrożenia wynikające z inżynierii genetycznej
Realne zagrożenia wynikające z moralnej ułomności człowieka, który
nawet najlepszą rzecz jest w stanie wykorzystać do czynienia zła,
muszą być eliminowane poprzez ograniczenie badań genetycznych do
sfery cywilnej i międzynarodową kontrolę nad ośrodkami badań w
krajach rządzonych przez reżimy. Potencjalne prace wojskowych nad
bronią genetyczną należy traktować jak prace nad bronią masowej
zagłady.
KONIEC